제 7장
포유동물의 성분화
일반적으로 포유동물의 성분화(sex differentiation) 는 유전자에 의해서만 결정 되며 외부 환경적 요인에 의해 영향을 받지 않는다.
사람의 경우 여성에서는 성염색체 구성이 XX이고, 남성에서는 XY이다. 즉 Y 염색체가 포유동물의 성
을 정하 는 결정적인 유전 요소이다.
간혹 클라인펠터 증후군(Klinefelter syndrome) 환 자의 경우에는 X 염색체가 3개 또는 그 이상 있는 사 례가 발견된다.
아무리 많은 X 염색체를 가졌더라도 Y 염색체가 하나 존재하기만 하면 무조건 이 환자는 외형적으로 남성이다.
반면 터너증후군(Turner’s syndrome)의 경우는 X 염색체만 한 개 있으며 Y 염색체가 없어 다소 불완전 하지만 여성으로 발달한다.
Y 염색체는 X 염색체에 비해 그 크기가 훨씬 작다.
흔히 유전자 용량(gene dosage)이라는 말을 사용하 는데 이는 전체적인 유전자 구성이 남자와 여자에게 서 동일하다는 말이다.
여성이 두 개의 X 염색체를 가지고 있음에도 불구 하고 남성과 유전자 용량이 같을 수 있는 이유는 X 염색체 하나가 통상적으로 비활성화 (inactivation) 되어 있기 때문이다.
이렇게 비활성화된 X 염색체를 특수 시약으로 관 찰하면 현미경 상에서 진하게 나타나기 때문에 발견 한 사람의 이름을 따서 “바소체(Barr body)”라고 한 다.
남성은 여성에 비해 Y 염색체를 추가로 하나 더 가 지고 있지만 그 안에 성 결정 유전자 몇 개 외에는 다 른 유전자가 많지 않기 때문에 결국 남녀의 전체적인 유전자 용량은 거의 차이가 없다.
수정 후 약 3주가 지나면 원시성세포(primordial germ cell)가 배아의 꼬리쪽에서 분화되기 시작한다.
이 원시성세포들은 아직 미분화세포로서 차후 고환 이나 난소가 발달하면 장거리 여행을 해서 그 안에
자리를 잡게 될 성세포들이다.
Y 염색체가 없으면 원시생식선(primordial gonad) 은 자동으로 난소로 발달을 한다.
이런 현상을 디폴트 프로그램(default program)이 라고 한다. 디폴트 프로그램이란 컴퓨터를 켜면 항상 윈도우 로고가 자동으로 뜨는 것과 같은 현상이다.
Y 염색체는 정해진 디폴트 프로그램을 다른 방향으 로 선회시켜 원시생식선이 남성으로 발생하도록 스 위치를 바꾸어주는 역할을 한다.
결론적으로 사람을 비롯한 포유동물의 생물학적 성 은 수정되는 순간에 “Y 염색체 유무”에 의해 결정이 된다.
이렇게 유전적으로 결정된 성을 “1차적 성”이라 한다.
그러나 1차적인 성이 결정되었더라도 해당 성징이 바르게 나타나려면 여러 호르몬들의 도움이 절대 필 요하다.
이처럼 호르몬의 영향으로 인해 최종적으로 드러나 보이는 성을 “2차적 성”이라고 한다.
유전자에 의한 성 결정
중배엽의 미분화생식선(indifferent gonad)은 앞서 말한대로 외부의 신호가 없다면 자동으로 난소로 발 달한다.
난소에는 과립세포(granulosa cell)와 난포막세포 (thecal cell)의 두 종류가 있으며 이들이 분비하는 에 스트로겐의 영향으로 뮐러씨관(Müllerian duct)이
자궁, 자궁관, 자궁경부, 질의 상부 등으로 발생된다.
한편 유선과 같은 수유조직도 함께 만들어진다.
만약 Y 염색체를 가진 정자가 수정이 되면 미분화 생식선은 고환으로 스위치 전환되어 발생하게 된다.
Y 염색체에 들어있는 정소결정인자(Tdf; testis- determining factor) 때문이다.
Tdf는 고환에서 항뮐러인자(Anti-Müllerian duct factor)를 만들게 하여 뮐러씨관이 여성생식기로 발 달하는 것을 억제하는 한편, 간질세포와 지주세포가 고환내에 만들어지게 한다.
또한 간질세포에서 생산되는 테스토스테론은 울프 씨관(wolffian duct)이 부고환, 정관, 정낭 등 남성생 식기의 내부 구조로 분화되도록 하는 동시에 사춘기 가 되면 지주세포를 도와 정자발생을 촉진시킨다.
남성의 외생식기인 음경은 비뇨생식결절
(urogenital tubercle)에서 비롯되는데 테스토스테론 에 수소가 두 개 결합된 디히드로테스토스테론
(DHT; dihydrotesto-sterone)이 이 과정에 관여한 다.
사춘기가 지나면 곡정세관이 뚜렷해지면서 정자가 본격적으로 생산되기 시작한다.
사람은 생식기가 7주경까지는 아직 미분화 상태이 지만 이후 뚜렷하게 분화를 하게 된다.
남, 여의 생식기 구조는 대체로 20주(5개월) 정도에 완성되는데 이때 고환과 난소 안에는 원시생식세포 들이 가득 들어차게 된다.
그 동안의 연구 보고에 의해 Y 염색체를 전체 9개 부위로 나눈 뒤 여러 환자들을 조사한 결과 짧은 팔 의 1번 위치가 결실되면 염색체의 종류와 상관없이 여성인 것이 관찰되었다.
또한 염색체의 다른 부위가 결실되었더라도 1번 위 치만 존재하면 남성이라는 것도 관찰되었다.
이를 통해서 Tdf의 유전자는 Y 염색체의 짧은 팔, 그것도 1번 위치에 존재한다는 것이 확인되었다.
Tdf의 유전자를 SRY(sex-related Y chromosome specific gene)라고 부른다.
호르몬에 의한 성 결정
염색체에 의해 1차적 성이 결정되었더라도 외관상 으로 나타나는 표현형은 전혀 다를 수 있다.
비록 Y 염색체가 남, 여를 구별지었더라도 생식선 이 발생하는 데에는 성호르몬의 영향이 크기 때문이 다.
이것이 2차적 성 결정이다. Y 염색체가 없을 경우 원시생식선은 난소로 발생되고, 그 난소에서 만들어 지는 여성호르몬(es-trogen)이 뮐러씨관(Mülller’s duct)을 질과 자궁경, 자궁, 난관 등으로 발달하게 해 준다.
Y 염색체에는 SRY라는 유전자가 들어 있다. SRY 유전자는 Tdf라는 정소결정인자(testis-determining factor)를 만들어내는데 앞서 말한대로 바로 이 Tdf 가 원시생식선을 난소 대신 정소로 발달할 수 있도록 바꾸어 주는 스위치 역할을 한다.
일단 정소가 형성이 되면 두 가지 중요 호르몬이 만 들어지는데 하나는 태아를 남성화시키고 음경, 음낭, 전립선 등 남성의 주요 생식구조를 만드는 테스토스 테론(testosterone)이고, 다른 하나는 항뮐러관인자 (anti-müllerian duct factor)이다.
항뮐러관인자는 원래 자궁, 난관, 자궁경, 질의 상 부구조 등이 될 밀러관을 퇴화시켜서 여성 생식기가 발생하는 것을 막아주는 단백질이다.
태아의 고환에서 만들어지는 이 두 가지 호르몬이 없으면 태아는 디폴트 프로그램에 따라 그냥 여성 형 질을 지니게 된다.
음경 등 남성생식기의 일부 외형적 구조는 테스토 스테론에 수소가 두 개 더 붙은 DHT
(dihydroxytestosterone)에 의해 만들어지기 때문에 염색체가 정상이라도 DHT호르몬이 부족하면 생식 기가 정상적인 남성으로 발달할 수 없다.
테스토스테론을 DHT로 변환시키는 효소는 5a reductase이다. 테스토스테론은 에스트로겐과 함께 스테로이드 호르몬으로 분류된다. 콜레스테롤
(cholesterol)로부터 유도되어 만들어지기 때문이다.
에스트로겐도 따지고 보면 테스토스테론의 구조가 약간 변화되어 유도된 것이다.
사람의 생식기관 발생은 임신 3~5개월 사이에 집 중적으로 이루어진다. 이때 염색체의 구성과 호르몬 의 구성에 따라 여성 또는 남성으로의 분화가 결정되 어진다.
유전적 요인과 호르몬적 요인 중 어느 하나라도 어 떤 이유에 의해 저해를 받는다면 남성도 여성도 아닌 중간 형태로 발생할 수밖에 없다.
즉 내부생식기는 여성인데 외형은 남성이라든지, 반대로 내부생식기는 남성인데 외형적으로 여성인 경우가 나타나게 된다.
이런 경우를 가성반음양증(pseudohermaphrodit ism)이라고 부른다. 가성반음양증은 동성애나 트랜 스젠더와는 상관이 없다.
자웅동체와 자웅이체
하등동물은 체내에 난소와 정자를 동시에 가지고 있다.
이런 경우를 자웅동체라 부른다(hermaphroditism).
실험실에서 널리 쓰이는 예쁜꼬마선충(C. elegans) 도 자웅동체이다.
자웅동체라는 용어는 그리스 신화에서 유래된 것으 로 헤르메스(Hermes)라는 용감한 전사(남성을 상징) 와 아프로디테(Aphrodite)라는 여신(여성을 상징)이 한 몸에 붙어 있다는 데에서 유래되었다.
그렇지 않아도 강한 힘과 능력을 가진 인간이 팔 다 리가 4개나 되기 때문에 이를 시기한 제우스 신이 그 힘을 약하게 하기 위해 절반으로 나눈 것이 유성생식 의 시작이라는 재미있는 전설도 있다.
자웅동체의 경우는 자신의 정자가 체내에서 자기의 난자와 그대로 수정되기 때문에 유전적으로 동일한 자손을 양산하게 된다.
사실 지렁이는 자웅동체이더라도 스스로 번식해나 가지는 않고 유전자의 다양성을 위해 다른 개체와 상 호 교미를 한다.
그러나 그보다 훨씬 하등한 동물들은 스스로 번식 을 하기 때문에 동일한 개체만을 생산해낼 뿐 유전자 의 다양성은 확보할 수 없다.
간단히 생각하면 자웅동체야말로 이상적인 번식 방 법이 아닐 수 없다.
아무리 척박한 환경이라도 한 마리만 그 자리에 옮 겨 놓으면 스스로 번식해 나갈 수 있기 때문이다.
반면에 유성생식(자웅이체)일 경우에는 반드시 배 우자를 필요로 하기에 짝을 찾는데 시간도 걸리고 또 짝이 없으면 번식 그 자체가 불가능하다.
때문에 보다 열등하고 귀찮은 번식 방법일 수밖에 없다.
그렇다면 동물 중 가장 진화된 인간이 왜 이렇게 불 편하고 힘든 자웅이체의 번식 방법을 택하고 있는 것 일까?
자웅이체가 가지고 있는 이점은 과연 무엇인가?
그것은 바로 유전자의 다양성(genetic diversity) 확 보이다.
자웅동체로 번식한 경우에는 모든 개체가 동일하기 때문에 한 마리한테 불리한 환경조건(온도, 습도, 환 경오염 등)이 닥치면 전체 집단이 멸종되고 말지만, 자웅이체에 의한 유성생식은 유전적 다양성을 보장 하기 때문에 나쁜 환경이 되어 대부분이 죽더라도 그 중 몇 마리가 적응하고 살아남아 다시 번성할 수 있 기 때문이다.
자웅동체의 하등한 동물들이 먼저 이 세상에 출현 하였고 점차 생활 환경이 변화하면서 이에 적응한 동 물들이 보다 우수한 번식방법을 찾게 되었고,
결국 자웅이체를 통한 유성생식이 일반화되었다고 추정된다.
